Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.18
no.7
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pp.1-10
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2013
In this paper, the parallel branch instruction is proposed which executes a branch instruction and the frequently used instruction simultaneously to improve the performance of Thumb-2 instruction set architecture. In the proposed approach, new 32-bit parallel branch instructions are introduced which combine 16-bit branch instruction with each of the frequently used 16-bit LOAD, ADD, MOV, STORE, and SUB instructions, respectively. To provide the encoding space of the new instructions, the register field in less frequently executed instructions is reduced, and the new instructions are encoded by using the saved bits. Experiments show that the proposed approach improves performance by an average of 8.0% when compared to the conventional approach.
This paper introduces an instruction fetch unit which is designed for RAPTOR, an on-chip multiprocessor. In order to reduce control hazards, the proposed fetch unit supports a hybrid branch prediction scheme which consists of a static scheme and the 2bC branch prediction scheme. The fetch unit also utilizes the branch folding technique with two instruction buffers to avoid the branch penalty caused by imspredictions. Instructions are predecoded in the fetch unit to achieve extra performance gain.
This research presents an analytical model to predict the instruction fetch rate on superscalar Processors. The proposed model is also able to analyze the performance relationship between cache miss and branch prediction miss. The proposed model takes into account various kind of architectural parameters such as branch instruction probability, cache miss rate, branch prediction miss rate, and etc.. To prove the correctness of the proposed model, we performed extensive simulations and compared the results with those of the analytical models. Simulation results showed that the pro-posed model can estimate the instruction fetch rate accurately within 10% error in most cases. The model is also able to show the effects of the cache miss and branch prediction miss on the performance of instruction fetch rate, which can provide an valuable information in designing a balanced system.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.41
no.6
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pp.1-11
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2004
Modern processors achieve high performance exploiting avaliable Instruction Level Parallelism(ILP) by using speculative technique such as branch prediction. Traditionally, branch direction can be predicted at very high accuracy by 2-level predictor, and branch target address is predicted by Branch Target Buffer(BTB). Except for indirect branch, each of the branch has the unique target, so its prediction is very accurate via BTB. But because indirect branch has dynamically polymorphic target, indirect branch target prediction is very difficult. In general, the technique of branch direction prediction is applied to indirect branch target prediction, and much better accuracy than traditional BTB is obtained for indirect branch. We present a new indirect branch target prediction scheme which combines a indirect branch instruction with its data dependent register of the instruction executed earlier than the branch. The result of SPEC benchmark simulation which are obtained on SimpleScalar simulator shows that the proposed predictor obtains the most perfect prediction accuracy than any other existing scheme.
Precise branch prediction is a critical factor in the IPC Improvement of modern microprocessor architectures. In addition to the branch prediction accuracy, branch prediction delay have a profound impact on overall system performance as well. However, it tends to be overlooked when the architects design the branch predictor. To tolerate branch prediction delay, this paper proposes Early Start Prediction (ESP) technique. The proposed solution dynamically identifies the start instruction of basic block, called as Basic Block Start Address (BB_SA), and the solution uses BB_SA when predicting the branch direction, instead of branch instruction address itself. The performance of the proposed scheme can be further improved by combining short interval hiding technique between BB_SA and branch instruction. The simulation result shows that the proposed solution hides prediction latency, with providing same level of prediction accuracy compared to the conventional predictors. Furthermore, the combination with short interval hiding technique provides a substantial IPC improvement of up to 10.1%, and the IPC is actually same with ideal branch predictor, regardless of branch predictor configurations, such as clock frequency, delay model, and PHT size.
AE64000 is the 64-bit high-performance microprocessor that ADC Co. Ltd. is developing for an embedded environment. It has a 5-stage pipeline and uses Havard architecture with a separated instruction and data caches. It also provides SIMD-like DSP and FP operation by enabling the 8/16/32/64-bit MAC operation on 64-bit registers. AE64000 processor implements the EISC ISA and uses the instruction folding mechanism (Instruction Folding Unit) that effectively deals with LERI instruction in EISC ISA. But this unit makes branch prediction behavior difficult. In this paper, we designs a branch predictor optimized for AE64000 Pipeline and develops a AES4000 simulator that has cycle-level precision to validate the performance of the designed branch predictor. We makes TAC(Target address cache) and BPT(branch prediction table) seperated for effective branch prediction and uses the BPT(removed indexed) that has no address tags.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.7
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pp.1443-1449
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2009
This paper presents a profiling model of a wide-window superscalar microprocessor using multiple branch prediction. The key idea is to apply statistical profiling technique to the superscalar microprocessor with a wide instruction window and a multiple branch predictor. The statistical profiling data are used to obtain a synthetical instruction trace, and the consecutive multiple branch prediction rates are utilized for running trace-driven simulation on the synthesized instruction trace. We describe our design and evaluate it with the SPEC 2000 integer benchmarks. Our performance model can achieve accuracy of 8.5 % on the average.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.4
no.5
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pp.366-370
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2015
This paper proposes a method for improving a branch predictor for the extendable instruction set computer (EISC) processor. The original EISC branch predictor has several shortcomings: a small branch target buffer, absence of a global history, a one-bit local branch history, and unsupported prediction of branches following LERI, which is a special instruction to extend an immediate value. We adopt a G-share branch predictor and eliminate the existing shortcomings. We verified the new branch predictor on a field-programmable gate array with the Dhrystone benchmark. The newly proposed EISC branch predictor also accomplishes higher branch prediction accuracy than a conventional branch predictor.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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v.9
no.2
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pp.899-902
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2005
Pipeline hazard due to branch instructions is the major factor of the degradation on the performance of microprocessors. Branch target buffer predicts whether a branch will be taken or not and supplies the address of the next instruction on the basis of that prediction. If the branch target buffer predicts correctly, the instruction flow will not be stalled. This leads to the better performance of microprocessor. In this paper, the architecture of a tag memory that branch target buffer and TLB can share is presented. Because the two tag memories used for branch target buffer and TLB each is replaced by single shared tag memory, we can expect the smaller ship size and the faster prediction. This hared tag architecture is more advantageous for the microprocessors that uses more bits of address and exploits much more instruction level parallelism.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.9
no.7
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pp.1497-1501
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2005
Branch instructions which make the sequential instruction flow changed cause pipeline stalls in microprocessor. The pipeline hazard due to branch instructions are the most serious problem that degrades the performance of microprocessors. Branch target buffer predicts whether a branch will be taken or not and supplies the address of the next instruction on the basis of that prediction. If the hanch target buffer predicts correctly, the instruction flow will not be stalled. This leads to the better performance of microprocessor. In this paper, the architecture of a ta8 memory that branch target buffer and TLB can share is presented. Because the two tag memories used for branch target buffer and TLB each is replaced by single combined tag memory, we can expect the smaller chip size and the faster prediction. This shared tag architecture is more advantageous for the microprocessors that uses more bits of address and exploits much more instruction level parallelism.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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